CN113106184A - 一种高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造方法，通过调整化学成分，同时通过加入Sn、Ni、Cr、Mo、Cu等合金细化组织与提高珠光体含量，改善硬质相形态及分布，以达到抗拉强度Rm≥350MPa、布氏硬度要求≥200HB，延伸率A%≥0.4；硬质相含量1‑4%，铁素体含量≤3%，球化率＜20%，金相组织中硬质相及石墨的形态及分布均匀。

Description

一种高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种船用低速柴油机气缸套用的高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造工艺。
背景技术
蠕墨铸铁材料是近年新兴的船用低速大缸径气缸套材料的一种，按目前蠕墨铸铁中加Ti的生产方式生产的蠕墨铸铁材料尚无法在30-240mm壁厚条件下达到相应机械性能及延伸率，同时使蠕化率、铁素体、硬质相控制在较低含量水平。
同时，船用低速柴油机气缸套在运行过程中要求一定的密封及耐磨要求，如果金相组织过多的硬质相容易造成基体剥落形成抗磨粒造成异常磨损甚至拉缸，因此过高强度、高延伸率、硬质相过高的蠕墨铸铁不能满足船用低速柴油机气缸套的使用工况要求。
发明内容
本发明提供一种高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造方法，在厚壁条件下，能够达到相应的机械性能及延伸率，可用于船用低速柴油机气缸套。
本发明的技术方案是，一种低合金化蠕墨铸铁材料的铸造方法，包括以下步骤：
S1、采用生铁和废钢为原料，升温熔化，铁水温度达到1430±5℃时，调整其化学成分为：C:3.7～4.1；Si:1.3～1.7；Mn:0.45～0.8；P≤0.15；S≤0.02；Cu:1.6～2.0；Ni:0.2～0.3；Cr:0.1～0.3；Mo:0.2～0.3；V≤0.05；其余为铁，然后铁水继续升温净化，随后降温至1450～1470℃出炉；
S2、出炉前在浇包靠炉体出口一侧安装蠕化反应盒，盒内放置蠕化剂、Re30SiFe和BaSi材料，然后将材料捣实后加入Sn，再在材料上方覆盖钢板；另外在浇口盆内加入BiSi孕育剂，平铺均匀；
S3、S1所得铁水进行出炉至浇包，铁水出至30～40％时往浇包内加入BaSi孕育剂，出炉结束蠕化孕育反应结束后进行扒渣操作，后转移至浇口盆内，最后进行浇注，得高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料。
进一步地，所述的生铁与废钢的用量为50±5％：50±5％，合计100％。
进一步地，所述生铁为高纯生铁；废钢为普通碳素钢边角料，根据S1中的化学成分要求调整增碳剂、碳化硅、Cu、Ni、Cr铁、Mo铁材料的加入量。
进一步地，S1中升温净化时，升温至1510±5℃保温3～7分钟。
进一步地，S2中蠕化剂加入量为铁水质量的0.3％，Re30SiFe加入量为铁水质量的0.1％，和BaSi加入量为铁水质量的0.25％，Sn加入量为铁水质量的0.05％，BiSi孕育剂加入量为铁水质量的0.2％。
进一步地，S2中钢板厚度为5mm。
进一步地，S3中BaSi孕育剂的加入量为铁水质量的0.25％。
进一步地，S3中蠕化孕育处理后的铁水在20分钟内进行浇注。
进一步地，S3中扒渣过程根据铁液表面浮渣情况加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注；确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过控制Re与Mg的比例在1.5-3.5之间以促进石墨蠕化，同时通过加入Sn、Ni、Cr、Mo、Cu等合金细化组织与提高珠光体含量，改善硬质相形态及分布；
本发明中的蠕墨铸铁材料在30-240mm壁厚条件下综合机械性能达到抗拉强度Rm≥350MPa、布氏硬度要求≥200HB，延伸率A％≥0.4；
采用高碳、低硅、无钛的制备工艺操作简单、蠕化率高，硬质相含量能控制在1-4％，铁素体含量≤3％，球化率＜20％，金相组织中硬质相及石墨的形态及分布均匀。通过高碳含量促进石墨化，减小白口倾向，即减少渗碳体、珠光体、三元磷共晶等，促进镁吸收率的提高，同时改善流动性，提高吸振性，减摩性和导热性。低硅含量能降低硅对抗磨性能的影响。因为钛与碳、氮能形成碳化物及氮化物硬质相，为达到材料硬质相控制要求，故选择无钛熔炼工艺。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。
实施例1：
1、熔炼配料
选用生铁、废钢，其中按重量百分比计废钢50％，生铁50％，使用中频感应电炉熔化加料升温，铁水温度达到1435℃时，取样进行光谱分析，炉内铁水化学成分控制为C:3.92％；Si；1.54％；Mn:0.67％；P:0.025％；S:0.01％；Cu:1.88％；Ni:0.24％；Cr:0.15％；Mo:0.26％；V:0.01％。
2、孕育浇注
出炉前在浇包靠出水口一侧装入蠕化反应盒，反应盒内按配料单要求根据铁水量依次放置0.3％埃肯公司CompactMg蠕化剂，0.1％Re30SiFe，0.25％BaSi，捣实后加入Sn0.05％并用5mm厚钢板覆盖。同时在浇口盆内加入0.2％BiSi孕育剂，平铺均匀。孕育采用冲入法+随流孕育处理，孕育处理后的铁水在20分钟内采用定量浇注方式浇注，以防止孕育衰退。
成分合格后铁水继续升温1510℃保温5分钟净化铁水后降温至1461℃出炉。铁水出至约1/3时往浇包内加入0.25％BaSi孕育剂，直至出炉结束，待蠕化反应结束后进行扒渣操作。扒渣过程需根据铁液表面浮渣情况适量加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注。确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
实施例2：
1、熔炼配料
选用生铁、废钢，其中按重量百分比计废钢50％，生铁50％，使用中频感应电炉熔化加料升温，铁水温度达到1427℃时，取样进行光谱分析，炉内铁水化学成分控制为C:3.71％；Si；1.33％；Mn:0.55％；P:0.02％；S:0.008％；Cu:1.64％；Ni:0.22％；Cr:0.12％；Mo:0.21％；V:0.01％。
2、孕育浇注
出炉前在浇包靠出水口一侧装入蠕化反应盒，反应盒内按配料单要求根据铁水量依次放置0.3％CompactMg蠕化剂，0.1％Re30SiFe，0.25％BaSi，捣实后加入Sn 0.05％并用5mm厚钢板覆盖。同时在浇口盆内加入0.2％BiSi孕育剂，平铺均匀。孕育采用冲入法+随流孕育处理，孕育处理后的铁水在20分钟内采用定量浇注方式浇注，以防止孕育衰退。
成分合格后铁水继续升温1506℃保温4分钟净化铁水后降温至1457℃出炉。铁水出至约35％时往包内加入0.25％BaSi孕育剂，直至出炉结束，待蠕化反应结束后进行扒渣操作。扒渣过程需根据铁液表面浮渣情况适量加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注。确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
实施例3：
1、熔炼配料
选用生铁、废钢，其中按重量百分比计废钢50％，生铁50％，使用中频感应电炉熔化加料升温，铁水温度达到1435℃时，取样进行光谱分析，炉内铁水化学成分控制为C:4.08％；Si；1.67％；Mn:0.76％；P:0.045％；S:0.016％；Cu:1.98％；Ni:0.28％；Cr:0.26％；Mo:0.28％；V:0.043％。
2、孕育浇注
出炉前在浇包靠出水口一侧装入蠕化反应盒，反应盒内按配料单要求根据铁水量依次放置0.3％CompactMg蠕化剂，0.1％Re30SiFe，0.25％BaSi，捣实后加入Sn 0.05％并用5mm厚钢板覆盖。同时在浇口盆内加入0.2％BiSi孕育剂，平铺均匀。孕育采用冲入法+随流孕育处理，孕育处理后的铁水在20分钟内采用定量浇注方式浇注，以防止孕育衰退。
成分合格后铁水继续升温1514℃保温5分钟净化铁水后降温至1468℃出炉。铁水出至约1/3时往包内加入0.25％BaSi孕育剂，直至出炉结束，待蠕化反应结束后进行扒渣操作。扒渣过程需根据铁液表面浮渣情况适量加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注。确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
实施例4：
1、熔炼配料
选用生铁、废钢，其中按重量百分比计废钢50％，生铁50％，使用中频感应电炉熔化加料升温，铁水温度达到1435℃时，取样进行光谱分析，炉内铁水化学成分控制为C:4.05％；Si；1.34％；Mn:0.63％；P:0.031％；S:0.009％；Cu:1.82％；Ni:0.22％；Cr:0.19％；Mo:0.24％；V:0.012％。
2、孕育浇注
出炉前在浇包靠出水口一侧装入蠕化反应盒，反应盒内按配料单要求根据铁水量依次放置0.3％CompactMg蠕化剂，0.1％Re30SiFe，0.25％BaSi，捣实后加入Sn 0.05％并用5mm厚钢板覆盖。同时在浇口盆内加入0.2％BiSi孕育剂，平铺均匀。孕育采用冲入法+随流孕育处理，孕育处理后的铁水在20分钟内采用定量浇注方式浇注，以防止孕育衰退。
成分合格后铁水继续升温1512℃保温5分钟净化铁水后降温至1459℃出炉。铁水出至约1/3时往包内加入0.25％BaSi孕育剂，直至出炉结束，待蠕化反应结束后进行扒渣操作。扒渣过程需根据铁液表面浮渣情况适量加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注。确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
上述实施例1～4得到的材料性能及金相组织如下表1所示。
Figure BDA0002997869670000041
Figure BDA0002997869670000051
表1
其中在30-240mm壁厚条件下综合机械性能达到抗拉强度Rm≥350MPa、布氏硬度要求≥200HB，延伸率A％≥0.4；硬质相含量1-4％，铁素体含量≤3％，球化率＜20％，金相组织中硬质相及石墨的形态及分布均匀。

Claims (9)

1.一种高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料的铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用生铁和废钢为原料，升温熔化，铁水温度达到1430±5℃时，调整其化学成分为：C:3.7～4.1；Si:1.3～1.7；Mn:0.45～0.8；P≤0.15；S≤0.02；Cu:1.6～2.0；Ni:0.2～0.3；Cr:0.1～0.3；Mo:0.2～0.3；V≤0.05；其余为铁，然后铁水继续升温净化，随后降温至1450～1470℃出炉；
S2、出炉前在浇包靠炉体出口一侧安装蠕化反应盒，盒内放置蠕化剂、Re30SiFe和 BaSi材料，然后将材料捣实后加入Sn，再在材料上方覆盖钢板；另外在浇口盆内加入BiSi孕育剂，平铺均匀；
S3、S1所得铁水进行出炉至浇包，铁水出至30~40%时往浇包内加入BaSi孕育剂，出炉结束蠕化孕育反应结束后进行扒渣操作，后转移至浇口盆内，最后进行浇注，得高碳低硅无钛蠕墨铸铁材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的生铁与废钢的用量为50±5%：50±5%，合计100%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述生铁为高纯生铁；废钢为普通碳素钢边角料，根据S1中的化学成分要求调整增碳剂、碳化硅、Cu、Ni、Cr铁、Mo铁材料的加入量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S1中升温净化时，升温至1510±5℃保温3~7分钟。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S2中蠕化剂加入量为铁水质量的0.3%，Re30SiFe加入量为铁水质量的0.1%，和 BaSi加入量为铁水质量的0.25%，Sn加入量为铁水质量的0.05%，BiSi孕育剂加入量为铁水质量的0.2%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S2中钢板厚度为5mm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中BaSi孕育剂的加入量为铁水质量的0.25%。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中蠕化孕育处理后的铁水在20分钟内进行浇注。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：S3中扒渣过程根据铁液表面浮渣情况加入除渣剂，表面无明显块状浮渣后准备浇注；确认堵头密封无异常后进行浇注，按浇注重量浇入铁水，静置5-10S后，将表面炉渣挑出后挑堵浇注，直至浇注结束。
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